记者 赵竹青
在我国神话传说(shuo)中，哪吒以莲藕重塑肉身的故事家喻(yu)户晓，而如今，中国科学家正以另(ling)一(yi)种方式(shi)演绎着“重塑金身”的现代传奇。近期，中国科学院物(wu)理(li)研究所(suo)的科研团队(dui)，成功为(wei)金属材料“重塑金身”，实现了厚度仅为(wei)头(tou)发丝直(zhi)径的二(er)十万分之一(yi)的单原子层金属，为(wei)人(ren)类探索物(wu)质世界打开(kai)了全新维度。
相关研究成果(guo)以《埃(ai)米(mi)厚度极(ji)限二(er)维金属的实现》为(wei)题发表在国际学术期刊《自然》。国际审稿人(ren)一(yi)致给予高度评价，认为(wei)该工作“开(kai)创了二(er)维金属这一(yi)重要研究领域”“代表二(er)维材料研究领域的一(yi)个重大进展”。
在近一(yi)个世纪的时间里，学界曾普遍认为(wei)二(er)维材料是(shi)不(bu)存在的，自2004年单层石墨烯发现以来（该研究于2010年获(huo)得(de)诺贝尔物(wu)理(li)学奖(jiang)），二(er)维材料极(ji)大颠覆了人(ren)类对材料的原有认知，并(bing)引领了凝聚态(tai)物(wu)理(li)、材料科学等(deng)领域的系列突破(po)性进展，开(kai)创了基础(chu)研究和技术创新的二(er)维新纪元。
在过(guo)去20年中，二(er)维材料家族迅速扩大，目前(qian)实验可获(huo)得(de)的二(er)维材料达数百种，理(li)论预(yu)测的更是(shi)近2000种。这些二(er)维材料局(ju)限在层状材料体系，层状材料类似千层饼结构，很容易剥出(chu)完美一(yi)层。纵(zong)观(guan)整个材料数据库，层状材料的占(zhan)比是(shi)非常小的，97.5%以上的是(shi)非层状材料，如生活中随处可见的金属。不(bu)同于层状材料，金属由于每个原子在任意(yi)方向均和周(zhou)围原子有强的金属键相互作用，类似压(ya)缩(suo)饼干，要想将其重塑为(wei)原子极(ji)限厚度的二(er)维金属，就好比从压(ya)缩(suo)饼干中剥出(chu)像千层饼那样完整的一(yi)层来一(yi)样，是(shi)极(ji)具挑战性的。
面对如何获(huo)得(de)二(er)维金属的挑战，最近中国科学院物(wu)理(li)研究所(suo)张广宇(yu)研究员带领团队(dui)发展了原子级制造的范德华挤压(ya)技术，实现了原子极(ji)限厚度下各种二(er)维金属的普适(shi)制备(bei)，包括铋、锡、铅、铟和镓(jia)。这些二(er)维金属的厚度仅仅是(shi)一(yi)张A4纸(zhi)的百万分之一(yi)，是(shi)一(yi)根头(tou)发丝直(zhi)径的二(er)十万分之一(yi)。如果(guo)把一(yi)块(kuai)边长3米(mi)的金属块(kuai)压(ya)成单原子层厚，将可以铺满(man)整个北京市的地面。
“原子极(ji)限厚度二(er)维金属的实现补充(chong)了二(er)维材料家族的一(yi)大块(kuai)拼图，还(hai)有望衍生出(chu)各种宏观(guan)量子现象，促进理(li)论、实验和技术的进步。”论文共同通讯编辑、中国科学院物(wu)理(li)研究所(suo)特(te)聘研究员杜罗军说(shuo)。
“就像三维金属引领了人(ren)类文明的铜器、青铜和铁器时代，原子极(ji)限厚度二(er)维金属有望推动下一(yi)阶段文明的发展，带来超微型低功耗晶体管、高频器件、透明显示、超灵敏探测、极(ji)致高效(xiao)催化等(deng)众(zhong)多(duo)领域的技术革新。此(ci)外，范德华挤压(ya)技术为(wei)二(er)维金属合金、非晶和其他二(er)维非层状材料也(ye)开(kai)辟了有效(xiao)原子级制造方案，为(wei)各种新兴(xing)的量子、电(dian)子和光子器件应用勾勒出(chu)美好愿景。”论文共同通讯编辑、中国科学院物(wu)理(li)研究所(suo)研究员张广宇(yu)说(shuo)。